KR102348736B1 - Method for measuring oxide layer of phase change material and method for controlling the same - Google Patents

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Abstract

본 출원은 상변화 물질의 산화층의 측정 방법 및 이의 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상변화 물질의 전기적 저항 스위칭을 결정하는 산화층을 분석하고 제어할 수 있는 상변화 물질의 산화층의 측정 방법 및 이의 제어 방법에 관한 것이다. The present application relates to a method for measuring an oxide layer of a phase change material and a method for controlling the same, and more particularly, a method for measuring an oxide layer of a phase change material capable of analyzing and controlling an oxide layer that determines electrical resistance switching of a phase change material, and It relates to a control method thereof.

Description

상변화 물질의 산화층의 측정 방법 및 이의 제어 방법{METHOD FOR MEASURING OXIDE LAYER OF PHASE CHANGE MATERIAL AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME} A method for measuring an oxide layer of a phase change material and a method for controlling the same

본 출원은 상변화 물질의 산화층의 측정 방법 및 이의 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상변화 물질의 전기적 저항 스위칭을 결정하는 산화층을 분석하고 제어할 수 있는 상변화 물질의 산화층의 측정 방법 및 이의 제어 방법에 관한 것이다. The present application relates to a method for measuring an oxide layer of a phase change material and a method for controlling the same, and more particularly, a method for measuring an oxide layer of a phase change material capable of analyzing and controlling an oxide layer that determines electrical resistance switching of a phase change material, and It relates to a control method thereof.

Se, S, Te 원자 같은 6족 물질을 포함하는 칼코지나이드 물질은 상변화 메모리 소자(Phase Change Random Access Memory: PCRAM)에의 응용을 위해 널리 연구되고 있다. 이러한 6족 물질들은 비정질상과 높은 저항과 낮은 반사율을, 결정상에서 낮은 저항과 높은 반사율을 가지며, 이러한 물성적인 차이를 이용하여 0과 1의 메모리 비트를 구현하는 방식으로 응용된다. 특히 Ge2Sb2Te5 (GST225) 물질이 안정적이고 빠른 상변화 동작 특성을 보여 이러한 물리적인 메커니즘에 대한 연구가 다각도로 진행되었다. Chalcogenide materials including Group 6 materials such as Se, S, and Te atoms have been widely studied for application to phase change random access memory (PCRAM). These Group 6 materials have high resistance and low reflectance in an amorphous phase, and low resistance and high reflectance in a crystalline phase, and are applied in a manner to implement memory bits of 0 and 1 using these physical differences. In particular, Ge 2 Sb 2 Te 5 (GST225) material showed stable and fast phase change operation characteristics, and studies on these physical mechanisms were conducted from various angles.

상변화 물질은 Te 또는 Sb 기반의 상변화 물질로 분류된다. 현재 전기적 메모리로 상용화된 상변화 물질은 Te 조성이 50%가 넘는 Te 기반의 칼코겐화 상변화 물질이었다. 상변화 과정에서 Te은 국소 구조가 변하지 않는 척추 역할을 하고 있다. 상변화 과정에서 국소 구조의 변화가 있는 Ge, Sb, Ti, Sc 등의 원소들을 통해 상변화 물질의 상변화 특성을 조절한다. Te 기반의 상변화 물질에 비해서, Sb 기반의 상변화 물질은 결정화를 위해 원자들이 움직여야 하는 거리가 작기 때문에 결정화 속도가 빠르고 상변화 에너지가 적게 필요하다. 대표적인 Sb 기반의 상변화 물질인 Ag4In4Sb75Te18는 우수한 상변화 특성을 가지고 있다.The phase change material is classified as a phase change material based on Te or Sb. Currently, the phase change material commercialized as an electrical memory is a Te-based chalcogenation phase change material having a Te composition of more than 50%. During the phase change process, Te acts as a spine whose local structure does not change. The phase change characteristics of the phase change material are controlled through elements such as Ge, Sb, Ti, Sc, etc., which have a local structure change during the phase change process. Compared to the Te-based phase change material, the Sb-based phase change material has a fast crystallization rate and requires less phase change energy because the distance that atoms must move for crystallization is small. Ag 4 In 4 Sb 75 Te 18, which is a representative Sb-based phase change material, has excellent phase change properties.

특히, 이러한 상변화 물질은 3D Xpoint라고 불리우는 기술에 의하여 구현된 메모리 장치에 많이 사용될 수 있다.In particular, such a phase change material can be widely used in a memory device implemented by a technology called 3D Xpoint.

3D Xpoint의 상변화 물질은 제작 과정 중에 필연적으로 산소에 노출될 수 밖에 없다. The phase change material of 3D Xpoint is inevitably exposed to oxygen during the manufacturing process.

도 1은 종래의 3D Xpoint의 메모리 장치의 모식도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 메탈 라인(metal line)을 수직한 방향으로 연결해야 하므로 , 에칭 공정(etching process)이 반드시 필요하다. 이 때 형성된 산화층(oxidation layer)은 전기적 저항을 크게 증가시키고, 국소적인 전기적 저항이 커지므로 인가되는 전력이 커지게 된다. 이로 인해 펄스(pulse)를 통한 상변화는 산화층에서 일어나게 된다.1 is a schematic diagram of a conventional 3D Xpoint memory device. As shown in FIG. 1 , since metal lines must be connected in a vertical direction, an etching process is absolutely necessary. The oxide layer formed at this time greatly increases the electrical resistance, and since the local electrical resistance increases, the applied power increases. Due to this, a phase change through a pulse occurs in the oxide layer.

따라서, 3D Xpoint 메모리/스토리지 모듈에서 상변화 물질의 스위칭 특성을 정확하게 제어하기 위해, 산화층을 측정하고 이를 제어하는 방법에 대한 연구가 필요한 시점이다. Therefore, in order to accurately control the switching characteristics of the phase change material in the 3D Xpoint memory/storage module, it is necessary to study a method for measuring and controlling the oxide layer.

본 출원의 일 실시예에 따르면, 3D Xpoint 메모리/스토리지 모듈에서 상변화 물질의 스위칭 특성을 정확하게 제어하기 위해, 이의 제조 공정 중, 상변화 물질의 산화층을 분석하고 제어할 수 있는 상변화 물질의 산화층의 측정 방법 및 이의 제어 방법을 제공하고자 한다.According to an embodiment of the present application, in order to accurately control the switching characteristics of the phase change material in the 3D Xpoint memory/storage module, the oxide layer of the phase change material capable of analyzing and controlling the oxide layer of the phase change material during the manufacturing process thereof An object of the present invention is to provide a method for measuring and controlling the same.

본 출원의 일 측면은 3D 크로스포인트 메모리 장치에 형성된 산화층 두께의 측정 방법이다.One aspect of the present application is a method of measuring the thickness of an oxide layer formed in a 3D crosspoint memory device.

일 예시에서, 상기 방법에서, 상기 메모리 장치는: 제 1 금속 전극; 상기 제 1 금속 전극 상에 형성된 셀렉터층; 상기 셀렉터층 상에 형성된 제 2 금속 전극; 상기 제 2 금속 전극 상에 형성된 상변화 물질층; 및 상기 상변화 물질층 상에 형성된 제 3 금속 전극을 포함하며, 이온 빔 스퍼터링 방법 또는 X-ray Reflection(XRR)을 이용하여 상기 제 3 금속 전극과 상기 상변화 물질층 사이에서부터 상기 상변화 물질층의 상층부에 형성되는 산화층의 두께를 측정할 수 있다.In one example, in the method, the memory device includes: a first metal electrode; a selector layer formed on the first metal electrode; a second metal electrode formed on the selector layer; a phase change material layer formed on the second metal electrode; and a third metal electrode formed on the phase change material layer, wherein the phase change material layer is formed from between the third metal electrode and the phase change material layer using an ion beam sputtering method or X-ray reflection (XRR). The thickness of the oxide layer formed on the upper layer of the can be measured.

일 예시에서, 상변화 물질은 다원계 상변화 물질일 수 있다.In one example, the phase change material may be a multi-phase phase change material.

일 예시에서, 상변화 물질은 Ag-In-Sb-Te계 물질일 수 있다.In one example, the phase change material may be an Ag-In-Sb-Te-based material.

본 출원의 다른 측면은 산화층의 두께를 이용한 상변화 물질의 증착 방법이다.Another aspect of the present application is a deposition method of a phase change material using the thickness of an oxide layer.

일 예시에서, 전술한 산화층의 두께를 측정하는 방법에 의하여 측정된 산화층의 두께를 기 설정된 소정의 산화층의 두께와 비교하는 단계; 및 측정된 산화층의 두께가 기 설정된 소정의 산화층의 두께보다 큰 경우, 후속 공정에서 상변화 물질에 대한 증착 온도를 기 실시된 증착 온도 보다 낮추고, 측정된 산화층의 두께가 기 설정된 소정의 산화층의 두께보다 작은 경우, 후속 공정에서 상변화 물질에 대한 증착 온도를 기 실시된 증착 온도 보다 높이는 단계를 포함할 수 있다. In one example, comparing the thickness of the oxide layer measured by the method for measuring the thickness of the oxide layer described above with the thickness of a predetermined predetermined oxide layer; and when the measured thickness of the oxide layer is greater than the predetermined thickness of the oxide layer, lowering the deposition temperature for the phase change material in the subsequent process than the deposition temperature, and the measured thickness of the oxide layer is the thickness of the predetermined oxide layer In the case of less, the step of raising the deposition temperature for the phase change material in a subsequent process higher than the previously performed deposition temperature may be included.

일 예시에서, Ag-In-Sb-Te계 상변화 물질층을 포함하는 3D 크로스포인트 메모리 장치에서 산화층의 두께를 이용한 상변화 물질의 증착 방법으로서, 전술한 산화층의 두께를 측정하는 방법에 의하여 측정된 산화층의 두께를 기 설정된 소정의 산화층의 두께와 비교하는 단계; 및 측정된 산화층의 두께가 기 설정된 소정의 산화층의 두께보다 큰 경우, 기 설정된 Ag 및/또는 Te의 함량 비율 보다 후속 공정에서 Ag 및/또는 Te의 함량 비율을 높이고, 측정된 산화층의 두께가 기 설정된 소정의 산화층의 두께보다 작은 경우, 기 설정된 Ag 및/또는 Te의 함량 비율 보다 후속 공정에서 Ag 및/또는 Te의 함량 비율을 낮출 수 있다. In one example, as a deposition method of a phase change material using the thickness of an oxide layer in a 3D crosspoint memory device including an Ag-In-Sb-Te-based phase change material layer, measured by the above-described method for measuring the thickness of the oxide layer comparing the thickness of the oxide layer with a predetermined thickness of the oxide layer; and when the measured thickness of the oxide layer is greater than the predetermined thickness of the oxide layer, the content ratio of Ag and/or Te is increased in the subsequent process than the content ratio of Ag and/or Te, and the measured thickness of the oxide layer is When the thickness is smaller than the predetermined thickness of the oxide layer, the content ratio of Ag and/or Te may be lower than the predetermined content ratio of Ag and/or Te in a subsequent process.

본 출원의 다른 측면은 3D 크로스포인트 메모리 장치에 형성되는 산화층의 제어 방법이다.Another aspect of the present application is a method of controlling an oxide layer formed in a 3D crosspoint memory device.

일 예시에서, 상기 메모리 장치는: 제 1 금속 전극; 상기 제 1 금속 전극 상에 형성된 셀렉터층; 상기 셀렉터층 상에 형성된 제 2 금속 전극; 상기 제 2 금속 전극 상에 형성된 상변화 물질층; 및 상기 상변화 물질층 상에 형성된 제 3 금속 전극을 포함하며, 상기 제 3 금속 전극과 상기 상변화 물질층 사이에서부터 상기 상변화 물질층의 상층부에 형성되는 산화층의 두께를 측정하는 단계; 측정된 산화층의 두께에 대한 정보를 제어부에 전송하는 단계; 상기 제어부가 산화층의 두께를 기 설정된 소정의 산화층의 두께와 비교하는 단계; 및 상기 비교된 데이터를 기반으로 산화층의 두께를 제어하는 단계를 포함할 수 있다. In one example, the memory device may include: a first metal electrode; a selector layer formed on the first metal electrode; a second metal electrode formed on the selector layer; a phase change material layer formed on the second metal electrode; and a third metal electrode formed on the phase change material layer, and measuring a thickness of an oxide layer formed on an upper portion of the phase change material layer from between the third metal electrode and the phase change material layer; transmitting information on the measured thickness of the oxide layer to the control unit; comparing, by the controller, the thickness of the oxide layer with a predetermined thickness of the oxide layer; and controlling the thickness of the oxide layer based on the compared data.

일 예시에서, 상기 산화층의 두께를 제어하는 단계는 상기 산화층의 두께가 기 설정된 소정의 산화층의 두께보다 작은 경우 상기 산화층을 후속 열처리하여 결정화도를 높이는 단계를 포함할 수 있다.In one example, the controlling of the thickness of the oxide layer may include increasing the degree of crystallinity by subsequent heat treatment of the oxide layer when the thickness of the oxide layer is smaller than a predetermined thickness of the oxide layer.

일 예시에서, 상기 산화층의 두께를 제어하는 단계는 상기 산화층의 두께가 기 설정된 소정의 산화층의 두께보다 큰 경우 상기 산화층에 레이저를 인가하여 상기 산화층을 냉각시켜 비결정화도를 높이는 단계를 포함할 수 있다. In one example, the controlling of the thickness of the oxide layer may include, when the thickness of the oxide layer is greater than a predetermined thickness of the oxide layer, applying a laser to the oxide layer to cool the oxide layer to increase the degree of amorphism. .

일 예시에서, 상변화 물질은 다원계 상변화 물질일 수 있다.In one example, the phase change material may be a multi-phase phase change material.

일 예시에서, 상변화 물질은 Ag-In-Sb-Te계 물질일 수 있다.In one example, the phase change material may be an Ag-In-Sb-Te-based material.

본 출원의 또 다른 측면은 3D 크로스포인트 메모리 장치에 형성되는 산화층의 제어 시스템이다.Another aspect of the present application is a control system of an oxide layer formed in a 3D crosspoint memory device.

일 예시에서, 상기 시스템은 제 1 금속 전극; 상기 제 1 금속 전극 상에 형성된 셀렉터층; 상기 셀렉터층 상에 형성된 제 2 금속 전극; 상기 제 2 금속 전극 상에 형성된 상변화 물질층; 및 상기 상변화 물질층 상에 형성된 제 3 금속 전극을 포함하는 메모리 장치; 상기 제 3 금속 전극과 상기 상변화 물질층 사이에서부터 상기 상변화 물질층의 상층부에 형성되는 산화층의 두께를 측정하는 산화층 측정 장치; 측정된 산화층의 두께를 기 설정된 소정의 산화층의 두께와 비교하고 산화층의 두께를 증가시키거나 감소시키도록 제어하는 제어부; 상기 산화층의 두께가 기 설정된 소정의 산화층의 두께보다 작은 경우 상기 산화층에 열을 인가하는 후속 열처리 장치; 및 상기 산화층의 두께가 기 설정된 소정의 산화층의 두께보다 큰 경우 상기 산화층에 레이저를 인가하는 레이저 인가 장치를 포함할 수 있다. In one example, the system includes a first metal electrode; a selector layer formed on the first metal electrode; a second metal electrode formed on the selector layer; a phase change material layer formed on the second metal electrode; and a third metal electrode formed on the phase change material layer; an oxide layer measuring device for measuring a thickness of an oxide layer formed on an upper portion of the phase change material layer from between the third metal electrode and the phase change material layer; a control unit that compares the measured thickness of the oxide layer with a predetermined thickness of the oxide layer and controls to increase or decrease the thickness of the oxide layer; a subsequent heat treatment apparatus for applying heat to the oxide layer when the thickness of the oxide layer is smaller than a predetermined thickness of the oxide layer; and a laser application device for applying a laser to the oxide layer when the thickness of the oxide layer is greater than a predetermined thickness of the oxide layer.

일 예시에서, 상변화 물질은 다원계 상변화 물질일 수 있다.In one example, the phase change material may be a multi-phase phase change material.

일 예시에서, 상변화 물질은 Ag-In-Sb-Te계 물질일 수 있다.In one example, the phase change material may be an Ag-In-Sb-Te-based material.

본 출원의 일 실시예에 따르면, 3D Xpoint 메모리/스토리지 모듈의 하나의 구성요소인 상변화 물질의 전기적 저항 스위칭을 결정하는 산화층을 정확하게 분석할 수 있다. According to an embodiment of the present application, it is possible to accurately analyze the oxide layer that determines the electrical resistance switching of the phase change material, which is one component of the 3D Xpoint memory/storage module.

본 출원의 일 실시예에 따르면, 3D Xpoint 메모리/스토리지 모듈의 하나의 구성요소인 상변화 물질의 두께를 정밀하게 제어할 수 있다. According to an embodiment of the present application, it is possible to precisely control the thickness of the phase change material, which is one component of the 3D Xpoint memory/storage module.

본 출원의 일 실시예에 따르면, 3D Xpoint 메모리/스토리지 모듈의 제작 단가 인하 및 수율 향상에 기여할 수 있다.According to an embodiment of the present application, it can contribute to lowering the manufacturing cost and improving the yield of the 3D Xpoint memory/storage module.

도 1은 종래의 3D Xpoint의 메모리 장치의 모식도이다.
도 2는 인듐의 로컬 환경에서의 산소 분자의 침투 속도를 나타내는 개략도이다.
도 3은 금속과 상변화물질 사이에서 산화층이 형성되는 것을 결정질과 비정질에서 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 산화층의 두께를 정량적으로 평가하기 위한 방법론을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 3D 크로스포인트 메모리 장치에 형성되는 산화층의 제어 시스템의 모식도이다.
도 6(a)는 결정질과 비정질에서 AIST의 Ag 3d5 /2의 결합 에너지의 스펙트럼이다.
도 6(b)는 결정질과 비정질에서 AIST의 In 3d5 /2의 결합 에너지의 스펙트럼이다.
도 6(c)는 결정질과 비정질에서 AIST의 Sb 3d5 /2 및 O 1s의 결합 에너지의 스펙트럼이다.
도 6(d)는 결정질과 비정질에서 AIST의 Te 3d5 /2의 결합 에너지의 스펙트럼이다.1 is a schematic diagram of a conventional 3D Xpoint memory device.
2 is a schematic diagram showing the penetration rate of oxygen molecules in the local environment of indium.
3 is a schematic diagram for explaining that an oxide layer is formed between the metal and the phase change material in crystalline and amorphous.
4 is a view for explaining a methodology for quantitatively evaluating the thickness of an oxide layer.
5 is a schematic diagram of a control system of an oxide layer formed in a 3D crosspoint memory device.
6(a) is a spectrum of the binding energy of Ag 3d 5 /2 of AIST in crystalline and amorphous.
6(b) is a spectrum of the binding energy of In 3d 5 /2 of AIST in crystalline and amorphous.
FIG. 6( c ) is a spectrum of the binding energies of Sb 3d 5 /2 and O 1s of AIST in crystalline and amorphous phases.
Figure 6(d) is a spectrum of the binding energy of Te 3d 5 /2 of AIST in crystalline and amorphous.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 구성요소 등이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 구성요소 등이 존재하지 않거나 부가될 수 없음을 의미하는 것은 아니다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that the features, components, etc. described in the specification are present, and one or more other features or components may not be present or may be added. Doesn't mean there isn't.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

본 출원에서 "제 1" 및 "제 2" 등의 용어는 반드시 순서를 지칭하기 위하여 사용되는 것은 아니며, 각각의 조성물 또는 단계 등을 구분하기 위한 목적으로 사용되는 것이다.In the present application, terms such as “first” and “second” are not necessarily used to indicate an order, and are used for the purpose of distinguishing each composition or step.

3D Xpoint 기술은 동작 속도가 빠르고 비휘발성인 상변화 물질에 기초한다. 이 기술의 단기 목표는 DRAM과 NAND Flash 사이의 속도 병목을 해소하는 새로운 형태의 메모리/스토리지 모듈로 활용되는 것이고, 장기 목표는 DRAM과 NAND Flash 모두를 대체하는 스토리지 클라스 메모리로 활용되는 것이다. 상변화 물질의 특성에 따라서, 3D Xpoint 메모리/스토리지 모듈의 신뢰 범위를 조정할 수 있다. 3D Xpoint technology is based on fast-moving, non-volatile phase-change materials. The short-term goal of this technology is to be utilized as a new type of memory/storage module that solves the speed bottleneck between DRAM and NAND Flash, and the long-term goal is to be utilized as a storage class memory that replaces both DRAM and NAND Flash. Depending on the characteristics of the phase change material, the reliability range of the 3D Xpoint memory/storage module can be adjusted.

전술한 바와 같이, 상변화 물질의 전기적 스위칭 특성으로 정보를 저장하는 3D Xpoint 기술은 제작 과정에서 상변화 물질의 산화를 피할 수 없다. 그런데, 산화는 전기적 저항을 크게 증가시키고 이로 인해서 전기 펄스(electrical pulse)를 인가하면, 국소 영역의 온도가 가장 크게 올라간다. 즉, 전기 펄스로 인한 국소 구조 변화는 산화층에서 일어나는 것이다. 산화층에 대한 분석과 제어가 3D Xpoint 기술의 수율 확보 등에서 가장 중요하며, 또한 산화층은 너무 얇고 구조 주기성이 적어서 분석이 어렵다. As described above, in the 3D Xpoint technology that stores information as electrical switching characteristics of the phase change material, oxidation of the phase change material cannot be avoided during the manufacturing process. However, oxidation greatly increases the electrical resistance, and thus, when an electrical pulse is applied, the temperature of the local area rises the most. That is, the local structural change due to the electric pulse occurs in the oxide layer. Analysis and control of the oxide layer is the most important in securing the yield of 3D Xpoint technology. Also, the oxide layer is too thin and has little structural periodicity, making it difficult to analyze.

본 출원인은 이러한 문제점들을 극복하고자 상변화 물질의 산화층을 광학적/전기적으로 분석하고, X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)를 활용해 국소 구조에 따른 native oxidation layer의 두께가 크게 달라지는 것을 확인하였으며, 이를 통하여 본 발명을 완성하였다. To overcome these problems, the present applicant optically/electrically analyzed the oxide layer of the phase change material, and confirmed that the thickness of the native oxidation layer varies greatly depending on the local structure by using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The present invention was completed.

상변화 물질(Ge-Sb-Te, Ag-In-Sb-Te, Ti-Sb-Te, Sc-Sb-Te 등)에서 결정 상태가 비결정 상태일 때 보다 산화에 취약하다. 상변화 물질의 결정/비결정 부피비에 의해서 정보가 결정되는 optical storage가 아닌 전기적 저항의 직렬 연결로 정보가 결정되는 electrical storage class memory에서는 산화층을 컨트롤 하는 공정이 필요하다. 3D Xpoint 제작 시에 에칭 등의 상변화 물질 증착 후처리 과정 중에 필연적으로 발생하는 산화층을 조절할 수 있으며, 산화층의 두께를 조절하여 전기적 스위칭 특성을 조절할 수 있다.In a phase change material (Ge-Sb-Te, Ag-In-Sb-Te, Ti-Sb-Te, Sc-Sb-Te, etc.), the crystalline state is more susceptible to oxidation than the amorphous state. In electrical storage class memory, where information is determined by serial connection of electrical resistance, rather than optical storage, where information is determined by the crystalline/amorphous volume ratio of the phase change material, a process for controlling the oxide layer is required. When manufacturing 3D Xpoint, it is possible to control the oxide layer that is inevitably generated during post-processing of phase change material deposition, such as etching, and to control the electrical switching characteristics by controlling the thickness of the oxide layer.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 출원의 상변화 물질의 산화층의 측정 방법 및 이의 제어 방법을 상세히 설명한다. 다만, 첨부된 도면은 예시적인 것으로, 본 출원의 상변화 물질의 산화층의 측정 방법 및 이의 제어 방법이 첨부된 도면에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, a method for measuring an oxide layer of a phase change material of the present application and a method for controlling the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the accompanying drawings are exemplary, and the method for measuring the oxide layer of the phase change material of the present application and the method for controlling the same are not limited by the accompanying drawings.

본 출원의 일 측면은 3D 크로스포인트 메모리 장치의 산화층 두께의 측정 방법이다.One aspect of the present application is a method of measuring an oxide layer thickness of a 3D crosspoint memory device.

3D 크로스포이트 메모리 장치(1)는 이에 한정되는 것은 아니지만, 제 1 금속 전극(10); 상기 제 1 금속 전극(10) 상에 형성된 셀렉터층(20); 상기 셀렉터층(20) 상에 형성된 제 2 금속 전극(30); 상기 제 2 금속 전극(30) 상에 형성된 상변화 물질층(40); 및 상기 상변화 물질층(40) 상에 형성된 제 3 금속 전극(50)을 포함한다.The 3D crosspoint memory device 1 includes, but is not limited to, a first metal electrode 10; a selector layer 20 formed on the first metal electrode 10; a second metal electrode 30 formed on the selector layer 20; a phase change material layer 40 formed on the second metal electrode 30; and a third metal electrode 50 formed on the phase change material layer 40 .

제 1, 3 금속 전극은 TiN, W 등이 활용된다. 셀렉터 물질과 반응하는 정도가 작기 때문이다. 상변화 물질을 이용하여 정보를 저장하는데 이 때, 해당 셀에 접근하기 위해 1, 3 금속 전극을 평행하지 않게 (수직하게) 배선하고 각 금속 전극에 전압을 인가한다. For the first and third metal electrodes, TiN, W, or the like is used. This is because the degree of reaction with the selector material is small. A phase change material is used to store information. At this time, to access the cell, 1 and 3 metal electrodes are wired non-parallel (vertically) and a voltage is applied to each metal electrode.

셀렉터층은 Si-Ge-As-Sb-Se-Te 등의 p-orbital이 결합에 참여하는 원소 위주로 형성된 amorphous compound를 사용하고 주로 Ovonic threshold switching(OTS) 특성을 활용한다. Sneak current(3D Xpoint 에서 의도한 셀에 전류가 흐르는 것이 아닌 주위 셀로 전류가 흘러 정보 교란이 일어나는 현상)를 제어하기 위해서 selector 층을 삽입한다. OTS가 아닌 P-n diode 등도 같은 역할을 할 수 있지만, 전력 소모가 심하여 selector를 활용한다. For the selector layer, an amorphous compound formed mainly of elements in which p-orbital participates in bonding, such as Si-Ge-As-Sb-Se-Te, is used, and mainly Ovonic threshold switching (OTS) characteristics are used. A selector layer is inserted to control the sneak current (in 3D Xpoint, the current flows to the surrounding cells instead of the intended cell, causing information disturbance). A P-n diode other than OTS can play the same role, but it consumes a lot of power, so a selector is used.

제 2 금속 전극은 TiN, W 등을 활용하는데 역시 상변화 물질/셀렉터와 섞이지 않고 안정하기 때문이다. 일반적으로, 상변화 물질과 셀렉터가 서로 섞이는 것을 방지하기 위해서 제 2 금속 전극을 도입한다.The second metal electrode uses TiN, W, etc., because it is also stable without mixing with the phase change material/selector. In general, the second metal electrode is introduced to prevent the phase change material and the selector from mixing with each other.

상변화 물질층은 정보를 전기적 저항으로 저장하는 층이다. 상변화 속도가 빠르고, 고온에서도 안정적이며(100도씨 이상에서 10년 정도) 반복성이 뛰어난 (105 이상) 물질을 활용한다.The phase change material layer is a layer that stores information as an electrical resistance. Use a material that has a fast phase change rate, is stable even at high temperatures (about 10 years at 100°C or higher), and has excellent repeatability (10 5 or more).

일 예시에서, 상변화 물질은 다원계 상변화 물질일 수 있다. 보통 Ge-Sb-Te, Sc-Sb-Te, Ag-In-Sb-Te 를 활용한다. In one example, the phase change material may be a multi-phase phase change material. Usually Ge-Sb-Te, Sc-Sb-Te, Ag-In-Sb-Te is used.

바람직하게는 다원계 상변화 물질의 예시는 Ag-In-Sb-Te계 물질일 수 있다. 다만, Ag-In-Sb-Te계 물질을 기준으로 설명하지만, 이는 다원계 상변화 물질 중 하나의 예시일 뿐이며, 이에 대한 설명은 다른 다원계 상변화 물질에 적용될 수 있다.Preferably, an example of the multi-component phase change material may be an Ag-In-Sb-Te-based material. However, although the Ag-In-Sb-Te-based material is described as a reference, this is only an example of the multi-phase phase change material, and the description thereof may be applied to other multi-phase phase change materials.

상기 제 3 금속 전극과 상기 상변화 물질층 사이에서부터 상기 상변화 물질층의 상층부에 산화층이 형성된다.An oxide layer is formed on an upper portion of the phase change material layer from between the third metal electrode and the phase change material layer.

메모리 장치의 제조 공정에서 특히 에칭 공정을 통해서, 상변화 물질층에는 산화물이 형성될 수 있다. 이 때 산화물은 돔(dome) 형상을 가지도록 형성된 후 산화층으로 형성된다.In a manufacturing process of a memory device, an oxide may be formed in the phase change material layer, particularly through an etching process. At this time, the oxide is formed to have a dome shape and then formed as an oxide layer.

구체적으로, 이온 빔 스퍼터링 방법 또는 X-ray Reflection(XRR)을 이용하여 상기 제 3 금속 전극과 상기 상변화 물질층 사이에서부터 상기 상변화 물질층의 상층부에 형성되는 산화층의 두께를 측정할 수 있다.Specifically, the thickness of the oxide layer formed on the upper portion of the phase change material layer from between the third metal electrode and the phase change material layer may be measured using an ion beam sputtering method or X-ray reflection (XRR).

이온 빔 스퍼터링 방법은 네온 이외에도 비활성 기체, 예를 들어 헬륨, 아르곤 등을 이용하여 측정이 가능하다. 이온 빔 스퍼터링 방법 또는 X-ray Reflection(XRR)에 관하여는 본 기술분야에 속하는 어떠한 장치 및 방법이 적용될 수 있다. 따라서, 이를 구체적으로 설명하지는 않는다.The ion beam sputtering method can be measured using an inert gas, for example, helium, argon, etc. in addition to neon. With respect to the ion beam sputtering method or X-ray reflection (XRR), any apparatus and method belonging to the art may be applied. Therefore, this will not be specifically described.

일 예시에서, 상변화 물질의 결정화가 진행될수록 산화층의 두께가 두꺼워진다. 산화층이 두껍다는 것은 결정화도가 높다는 의미이며, 반대로 산화층의 두께가 얇다는 것은 비결정화도가 높다는 의미이다. In one example, as the crystallization of the phase change material proceeds, the thickness of the oxide layer increases. A thick oxide layer means a high degree of crystallinity, and conversely, a thin oxide layer means a high degree of non-crystallization.

도 2는 인듐의 로컬 환경에서의 산소 분자의 침투 속도를 나타내는 개략도이다.2 is a schematic diagram showing the penetration rate of oxygen molecules in the local environment of indium.

도 2에 도시한 바와 같이, 산소 분자가 필름에 침투하는 두께는 인듐의 로컬 구조에 따라 크게 달라지는 것에 기인한다. crystal-AIST 내에 AgInTe2-like local environment에 있는 인듐은 산화층을 깊게 허용하지만, amorphous-AIST 내에 InSb-like local environment에 있는 인듐은 산화층을 잘 막아준다. 3D 크로스포인트 메모리 장치의 제조 공정 내에서 이를 활용하면 전기적 소자 측정에서 수율 등을 개선시킬 수 있다.As shown in FIG. 2 , the thickness at which oxygen molecules penetrate the film is attributed to the fact that it greatly depends on the local structure of indium. Indium in AgInTe2-like local environment in crystal-AIST allows the oxide layer to be deep, but indium in InSb-like local environment in amorphous-AIST blocks the oxide layer well. If it is used in the manufacturing process of 3D crosspoint memory device, it is possible to improve the yield and the like in the measurement of electrical devices.

도 3은 금속과 상변화물질 사이에서 산화층이 형성되는 것을 결정질과 비정질에서 설명하기 위한 개략도이다. 3 is a schematic diagram for explaining that an oxide layer is formed between the metal and the phase change material in crystalline and amorphous.

도 3에 도시한 바와 같이, 결정질보다 비정질 경향이 큰 영역에서 산화물이 축적되기 쉽다. 3D Xpoint을 제작하는 공정에 있어서, 상변화 물질은 대기에 노출되기 쉬우며, 대기에 노출되면 산화가 이루어진다. 제작 공정 상, 상변화 물질 내부가 아닌 상변화 물질과 금속의 계면에서부터 산화가 일어난다. 산화가 일어나면, 저항이 올라기 때문에 상변화 물질에 전압을 인가하여 amorphization, crystallization 을 일으킬 때, 상변화 물질이 고르게 스위칭 하는 것이 아니라 산화막이 존재하는 곳부터 산화가 일어난다. As shown in FIG. 3 , oxides tend to accumulate in a region having a greater tendency to be amorphous than crystalline. In the process of manufacturing 3D Xpoint, the phase change material is easily exposed to the atmosphere, and oxidation occurs when exposed to the atmosphere. In the manufacturing process, oxidation occurs from the interface between the phase change material and the metal, not inside the phase change material. When oxidation occurs, the resistance rises, so when a voltage is applied to the phase change material to cause amorphization and crystallization, the oxidation occurs from the place where the oxide film is present instead of switching the phase change material evenly.

산화층이 얇을수록 무조건 바람직한 것은 아니다. 적당한 두께의 산화층을 통해, 저항이 높아지고 열 제한(thermal confine)이 잘 되어, 스위칭 에너지가 줄어들 수 있다. 이를 정량적으로 평가하기 위한 방법론을 아래 도 4에서 도시한다.A thinner oxide layer is not necessarily preferable. Through an oxide layer of a suitable thickness, the resistance can be increased and thermal confine is good, so that the switching energy can be reduced. A methodology for quantitatively evaluating this is shown in FIG. 4 below.

도 4a에 도시한 바와 같이, 결정화가 일어나기 위한 활성화 에너지를 나타낸다. 활성화 에너지는 결정화 속도에 따라 결정화 온도가 변화하는 양상을 Arrhenius plot 해서 구한다. 도 4b는 THz-TDS 측정을 통해 구한 광학 전도도(optical conductivity)에 대한 그래프이다. 두께에 따른 전기적 저항 레벨에 따라서 산화층의 두께를 확인할 수 있다. 상변화 물질이 Ag-In-Sb-Te계 물질인 경우, 산화층의 두께는 2 내지 4 nm일 수 있으며, 3 nm인 것이 바람직하다.As shown in Fig. 4a, it represents the activation energy for crystallization to occur. The activation energy is obtained by Arrhenius plot of the change in the crystallization temperature according to the crystallization rate. Figure 4b is a graph of the optical conductivity (optical conductivity) obtained through THz-TDS measurement. The thickness of the oxide layer can be confirmed according to the electrical resistance level according to the thickness. When the phase change material is an Ag-In-Sb-Te-based material, the thickness of the oxide layer may be 2 to 4 nm, preferably 3 nm.

따라서, 전술한 산화층의 두께를 측정하는 방법에 의하여 측정된 산화층의 두께를 기 설정된 소정의 산화층의 두께와 비교하여, 측정된 산화층의 두께가 기 설정된 소정의 산화층의 두께보다 큰 경우, 후속 공정에서 상변화 물질에 대한 증착 온도를 기 실시된 증착 온도 보다 낮추고, 측정된 산화층의 두께가 기 설정된 소정의 산화층의 두께보다 작은 경우, 후속 공정에서 상변화 물질에 대한 증착 온도를 기 실시된 증착 온도 보다 높여서, 상변화 물질의 증착할 수 있다.Therefore, by comparing the thickness of the oxide layer measured by the method for measuring the thickness of the oxide layer described above with the thickness of a predetermined oxide layer, if the thickness of the measured oxide layer is greater than the thickness of the predetermined oxide layer, in the subsequent process When the deposition temperature for the phase change material is lower than the previously carried out deposition temperature, and the measured thickness of the oxide layer is smaller than the preset thickness of the predetermined oxide layer, the deposition temperature for the phase change material in the subsequent process is lower than the previously carried out deposition temperature. By increasing it, it is possible to deposit a phase change material.

예를 들어, 측정해본 결과 산화층이 10 nm라면, 다음번 공정에서는 현재의 공정의 증착온도와 비교하여 더 낮은 온도에서 증착하여서 비결정도를 높이면 산화층이 얇아질 것이고, 측정해본 결과 산화층이 2 nm 라면, 다음번 공정에서는 현재의 공정의 증착온도와 비교하여 더 높은 온도에서 증착하여서 결정화도를 높이면 산화층이 두꺼워질 것이다. 또한, 측정해본 결과 산화층이 3 nm라면 추후 공정에서도 같은 조건으로 두께를 제어하면 기대하는 상변화 특성을 얻을 수 있다.For example, if the oxide layer is 10 nm as a result of measurement, in the next process, if the amorphous degree is increased by depositing at a lower temperature compared to the deposition temperature of the current process, the oxide layer will become thinner. In the next process, if the crystallinity is increased by depositing at a higher temperature compared to the deposition temperature of the current process, the oxide layer will be thick. In addition, as a result of measurement, if the oxide layer is 3 nm, the expected phase change characteristics can be obtained by controlling the thickness under the same conditions in the subsequent process.

본 출원에서 Ag-In-Sb-Te계 상변화 물질은 Ag, In, Sb 및 Te으로 이루어진 4원계 시스템을 통칭하는 용어이다. Ag-In-Sb-Te계 상변화 물질층을 포함하는 3D 크로스포인트 메모리 장치에서 산화층의 두께를 이용한 상변화 물질의 증착 방법으로서, 전술한 산화층의 두께를 측정하는 방법에 의하여 측정된 산화층의 두께를 기 설정된 소정의 산화층의 두께와 비교하는 단계; 및 측정된 산화층의 두께가 기 설정된 소정의 산화층의 두께보다 큰 경우, 기 설정된 Ag 및/또는 Te의 함량 비율 보다 후속 공정에서 Ag 및/또는 Te의 함량 비율을 높이고, 측정된 산화층의 두께가 기 설정된 소정의 산화층의 두께보다 작은 경우, 기 설정된 Ag 및/또는 Te의 함량 비율 보다 후속 공정에서 Ag 및/또는 Te의 함량 비율을 낮출수 있다.In the present application, the Ag-In-Sb-Te-based phase change material is a general term for a quaternary system consisting of Ag, In, Sb, and Te. A method of depositing a phase change material using the thickness of the oxide layer in a 3D crosspoint memory device including an Ag-In-Sb-Te-based phase change material layer, the thickness of the oxide layer measured by the method of measuring the thickness of the oxide layer comparing with a predetermined thickness of a predetermined oxide layer; and when the measured thickness of the oxide layer is greater than the predetermined thickness of the oxide layer, the content ratio of Ag and/or Te is increased in the subsequent process than the content ratio of Ag and/or Te, and the measured thickness of the oxide layer is When the thickness is smaller than the predetermined thickness of the oxide layer, the content ratio of Ag and/or Te may be lower than the predetermined content ratio of Ag and/or Te in a subsequent process.

Ag-In-Sb-Te계 상변화 물질층에서 산화가 일어날 때, Ag와 Te 원소 보다는 In과 Sb 원소가 산소와 반응한다. 이는 Ag-In-Sb-Te의 조성을 바꾸거나 차세대 상변화 물질을 개발하고 산화에 따른 영향을 검토할 때, 길잡이가 될 수 있다. 예를 들어, Ag-In-Sb-Te에서 Ag, Te 비율을 높이면 산화되는 산화막의 두께가 얇아질 것이다. 따라서, 측정된 산화층의 두께가 기 설정된 소정의 산화층의 두께보다 큰 경우, 기 설정된 Ag 및/또는 Te의 함량 비율 보다 후속 공정에서 Ag 및/또는 Te의 함량 비율을 높이고, 반대로 측정된 산화층의 두께가 기 설정된 소정의 산화층의 두께보다 작은 경우, 기 설정된 Ag 및/또는 Te의 함량 비율 보다 후속 공정에서 Ag 및/또는 Te의 함량 비율을 낮출 수 있다.When oxidation occurs in the Ag-In-Sb-Te-based phase change material layer, In and Sb elements rather than Ag and Te elements react with oxygen. This can be a guide when changing the composition of Ag-In-Sb-Te, developing a next-generation phase change material, and examining the effects of oxidation. For example, in Ag-In-Sb-Te, if the ratio of Ag and Te is increased, the thickness of the oxidized oxide film will become thinner. Therefore, when the measured thickness of the oxide layer is larger than the predetermined thickness of the oxide layer, the content ratio of Ag and/or Te is increased in the subsequent process than the content ratio of Ag and/or Te, and conversely, the thickness of the measured oxide layer When is smaller than the predetermined thickness of the oxide layer, the content ratio of Ag and/or Te may be lower than the predetermined content ratio of Ag and/or Te in a subsequent process.

본 출원의 다른 측면은 3D 크로스포인트 메모리 장치의 산화층의 제어 방법이다.Another aspect of the present application is a method of controlling an oxide layer of a 3D crosspoint memory device.

일 예시에서, 상기 메모리 장치는: 제 1 금속 전극; 상기 제 1 금속 전극 상에 형성된 셀렉터층; 상기 셀렉터층 상에 형성된 제 2 금속 전극; 상기 제 2 금속 전극 상에 형성된 상변화 물질층; 및 상기 상변화 물질층 상에 형성된 제 3 금속 전극을 포함하며, 상기 제 3 금속 전극과 상기 상변화 물질층 사이에서부터 상기 상변화 물질층의 상층부에 형성되는 산화층의 두께를 측정하는 단계; 측정된 산화층의 두께에 대한 정보를 제어부에 전송하는 단계; 상기 제어부가 산화층의 두께를 기 설정된 소정의 산화층의 두께와 비교하는 단계; 및 상기 비교된 데이터를 기반으로 산화층의 두께를 제어하는 포함할 수 있다. In one example, the memory device may include: a first metal electrode; a selector layer formed on the first metal electrode; a second metal electrode formed on the selector layer; a phase change material layer formed on the second metal electrode; and a third metal electrode formed on the phase change material layer, and measuring a thickness of an oxide layer formed on an upper portion of the phase change material layer from between the third metal electrode and the phase change material layer; transmitting information on the measured thickness of the oxide layer to the control unit; comparing, by the controller, the thickness of the oxide layer with a predetermined thickness of the oxide layer; and controlling the thickness of the oxide layer based on the compared data.

일 예시에서, 상변화 물질은 다원계 상변화 물질일 수 있다. 일 예시에서, 상변화 물질은 Ag-In-Sb-Te계 물질일 수 있다.In one example, the phase change material may be a multi-phase phase change material. In one example, the phase change material may be an Ag-In-Sb-Te-based material.

또한, 상기 산화층의 두께를 제어하는 단계는 상기 산화층의 두께가 기 설정된 소정의 산화층의 두께보다 작은 경우 상기 산화층을 후속 열처리하여 결정화도를 높이는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the controlling of the thickness of the oxide layer may include increasing the degree of crystallinity by subsequent heat treatment of the oxide layer when the thickness of the oxide layer is smaller than a predetermined thickness of the oxide layer.

반대로, 상기 산화층의 두께를 제어하는 단계는 상기 산화층의 두께가 기 설정된 소정의 산화층의 두께보다 큰 경우 상기 산화층에 레이저를 인가하여 상기 산화층을 냉각시켜 비결정화도를 높이는 단계를 포함할 수 있다.Conversely, the step of controlling the thickness of the oxide layer may include, when the thickness of the oxide layer is greater than a predetermined thickness of the oxide layer, applying a laser to the oxide layer to cool the oxide layer to increase the degree of non-crystallization.

즉, 측정된 산화층의 두께가 목적하는 두께 미만인 경우에는 형성된 산화층에 대하여 후속 열처리를 통하여 결정화도를 높이는 방안을 수행하며, 반대로 측정된 산화층의 두께가 목적하는 두께를 초과하는 경우에는 형성된 산화층에 대하여 레이저를 인가하여 급속 냉각시켜 비결정화도를 높이는 방안을 수행할 수 있다. 이러한 공정을 통하여 원하는 두께의 산화층을 갖는 메모리 장치를 제공할 수 있다.That is, when the measured thickness of the oxide layer is less than the desired thickness, a method of increasing the crystallinity through subsequent heat treatment of the formed oxide layer is performed. A method of increasing the degree of non-crystallization can be performed by rapidly cooling by applying . Through this process, it is possible to provide a memory device having an oxide layer having a desired thickness.

본 출원의 또 다른 측면은 3D 크로스포인트 메모리 장치의 산화층의 제어 시스템이다.Another aspect of the present application is a control system of an oxide layer of a 3D crosspoint memory device.

도 5는 3D 크로스포인트 메모리 장치에 형성되는 산화층의 제어 시스템의 모식도이다.5 is a schematic diagram of a control system of an oxide layer formed in a 3D crosspoint memory device.

도 5에 도시한 바와 같이, 제어 시스템은 메모리 장치(10); 산화층 측정 장치(20); 제어부(30); 후속 열처리 장치(40); 및 레이저 인가 장치(50)를 포함한다. 5, the control system includes a memory device 10; oxide layer measuring device 20; control unit 30; subsequent heat treatment apparatus 40; and a laser application device 50 .

메모리 장치는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 제 1 금속 전극; 상기 제 1 금속 전극 상에 형성된 셀렉터층; 상기 셀렉터층 상에 형성된 제 2 금속 전극; 상기 제 2 금속 전극 상에 형성된 상변화 물질층; 및 성가 상변화 물질층 상에 형성된 제 3 금속 전극을 포함할 수 있다. 또한, 본 기술분야에서 적용될 수 있는 구성이라면 본 명세서에서 특별히 설명되지 않았더라도 어떠한 것이라도 적용될 수 있다. The memory device is not particularly limited, but includes a first metal electrode; a selector layer formed on the first metal electrode; a second metal electrode formed on the selector layer; a phase change material layer formed on the second metal electrode; and a third metal electrode formed on the acid phase change material layer. In addition, any configuration that can be applied in the present technical field may be applied even if not specifically described in the present specification.

산화층 측정 장치는 상기 제 3 금속 전극과 상기 상변화 물질층 사이에서부터 상기 상변화 물질층의 상층부에 형성되는 산화층의 두께를 측정한다. 또한, 본 기술분야에서 적용될 수 있는 구성이라면 본 명세서에서 특별히 설명되지 않았더라도 어떠한 것이라도 적용될 수 있다.The oxide layer measuring apparatus measures the thickness of the oxide layer formed on the upper portion of the phase change material layer from between the third metal electrode and the phase change material layer. In addition, any configuration that can be applied in the present technical field may be applied even if not specifically described in the present specification.

제어부는 측정된 산화층의 두께를 기 설정된 소정의 산화층의 두께와 비교하고 산화층의 두께를 증가시키거나 감소시키도록 제어한다. 또한, 본 기술분야에서 적용될 수 있는 구성이라면 본 명세서에서 특별히 설명되지 않았더라도 어떠한 것이라도 적용될 수 있다.The control unit compares the measured thickness of the oxide layer with a predetermined thickness of the oxide layer and controls to increase or decrease the thickness of the oxide layer. In addition, any configuration that can be applied in the present technical field may be applied even if not specifically described in the present specification.

후속 열처리 장치는 상기 산화층의 두께가 기 설정된 소정의 산화층의 두께보다 작은 경우 상기 산화층에 열을 인가한다. 또한, 본 기술분야에서 적용될 수 있는 구성이라면 본 명세서에서 특별히 설명되지 않았더라도 어떠한 것이라도 적용될 수 있다.The subsequent heat treatment apparatus applies heat to the oxide layer when the thickness of the oxide layer is smaller than a predetermined thickness of the oxide layer. In addition, any configuration that can be applied in the present technical field may be applied even if not specifically described in the present specification.

레이저 인가 장치는 상기 산화층의 두께가 기 설정된 소정의 산화층의 두께보다 큰 경우 상기 산화층에 레이저를 인가한다. 또한, 본 기술분야에서 적용될 수 있는 구성이라면 본 명세서에서 특별히 설명되지 않았더라도 어떠한 것이라도 적용될 수 있다.The laser application device applies a laser to the oxide layer when the thickness of the oxide layer is greater than a predetermined thickness of the oxide layer. In addition, any configuration that can be applied in the present technical field may be applied even if not specifically described in the present specification.

또한, 각각의 장치는 통신모듈에 의하여 측정된 값에 대한 정보를 전송하고 수신할 수 있다. 여기서, 통신 모듈은 다양한 방식의 유선 및 무선 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, 통신 모듈은 CAM(Controller Area Network)을 통한 신호의 송수신을 수행할 수 있다. 또한, 통신 모듈(40)은 유선 케이블 또는 유선랜케이블을 통한 유선 통신, 무선랜, 블루투스(Bluetooth), NFC, 지그비(ZigBee) 등 의 근거리 무선 통신 또는 기타 데이터 통신(ex. LTE 등)을 수행할 수도 있다. 각 장치를 연결하는 통신 모듈의 통신 방식은 상기의 내용에 한정되지 않으며, 다른 형태로 구현될 수도 있다.In addition, each device may transmit and receive information about a value measured by the communication module. Here, the communication module may perform various types of wired and wireless communication. For example, the communication module may transmit/receive a signal through a CAM (Controller Area Network). In addition, the communication module 40 performs wired communication, wireless LAN, Bluetooth, NFC, ZigBee, etc., or other data communication (ex. LTE, etc.) through a wired cable or wired LAN cable. may be The communication method of the communication module connecting each device is not limited to the above, and may be implemented in other forms.

전술한 바와 같이, 다른 Sb 계열의 상변화 물질도 본 발명에서와 같이 산화층 측정 및 제어 방법이 적용될 수 있다. 추가로, Te 계열의 상변화 물질을 포함한 모든 상변화 물질에서 본 출원이 적용될 수 있다.As described above, the oxide layer measurement and control method may be applied to other Sb-based phase change materials as in the present invention. In addition, the present application may be applied to all phase change materials including Te-based phase change materials.

이하, 실험예를 통하여 본 출원을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present application will be described in more detail through experimental examples.

[[ 실험예Experimental example ]]

산화막의 두께 분석을 위하여 Ne+ 이온으로 상변화 물질을 표면에서부터 깎아내며 X-ray photoelectron spectroscopy(XPS) 실험을 수행하였다. XPS 실험은 X-ray 를 샘플에 인가하여 샘플로부터 나온 전자의 에너지를 측정하는 실험방법이다. 전자의 에너지를 측정하여 전자가 샘플안에 있을 때, 결합되어 있는 세기를 확인할 수 있고 이를 binding energy로 정량화 한다. Binding energy가 클 수록, 전자가 샘플에 강하게 결합되어 있는 것이다. XPS는 원소별로 어떤 결합을 선호하는지를 확인하는 실험이다. 각 원소별로 전자들이 특히 많이 거주하는 에너지 레벨이 있어서 특정 에너지를 보면, 해당 원소만의 정보를 얻을 수 있다.To analyze the thickness of the oxide film, an X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) experiment was performed while the phase change material was scraped off from the surface with Ne + ions. The XPS experiment is an experimental method that measures the energy of electrons emitted from the sample by applying X-rays to the sample. By measuring the energy of electrons, when the electrons are in the sample, the binding strength can be checked and this is quantified as binding energy. The higher the binding energy, the stronger the electrons are bound to the sample. XPS is an experiment to determine which bond is preferred for each element. For each element, there is an energy level where many electrons reside, so if you look at a specific energy, you can get information about that element only.

상변화 물질이 Oxygen과 결합하게되면, 각 원소마다 binding energy 가 큰 spectra가 추가되게끔 되는데, 이를 통해 산화 정도를 확인할 수 있다. 그래서, Ne+ 이온으로 샘플을 조금씩 깍아내고 산화 정도를 확인하고 하는 과정을 반복하여 산화 두께를 추정하는 것이다.(하늘색 -> 파란색) When the phase change material is combined with oxygen, a spectra with a large binding energy is added to each element, and through this, the degree of oxidation can be confirmed. So, the thickness of the oxidation is estimated by repeating the process of scraping off the sample with Ne+ ions little by little and checking the degree of oxidation. (Sky Blue -> Blue)

그 결과 도 6에 도시하였다. 구체적으로, 도 6(a)는 결정질과 비정질에서 AIST의 Ag 3d5 /2의 결합 에너지의 스펙트럼이다. 도 6(b)는 결정질과 비정질에서 AIST의 In 3d5 /2의 결합 에너지의 스펙트럼이다. 도 6(c)는 결정질과 비정질에서 AIST의 Sb 3d5 /2 및 O 1s의 결합 에너지의 스펙트럼이다. 도 6(d)는 결정질과 비정질에서 AIST의 Te 3d5 /2의 결합 에너지의 스펙트럼이다.The results are shown in FIG. 6 . Specifically, Figure 6(a) is a spectrum of the binding energy of Ag 3d 5 /2 of AIST in crystalline and amorphous. 6(b) is a spectrum of the binding energy of In 3d 5 /2 of AIST in crystalline and amorphous. FIG. 6( c ) is a spectrum of the binding energies of Sb 3d 5 /2 and O 1s of AIST in crystalline and amorphous phases. Figure 6(d) is a spectrum of the binding energy of Te 3d 5 /2 of AIST in crystalline and amorphous.

도 6에서 점선은 in-situ로 산화 없이 진행한 비교예이다. 또한, 20일 동안 실온에서 산화되지 않은 AIST와 산화된 AIST의 스펙트럼을 흑색 점선과 판란색 실선으로 각각 나타냈다. 스퍼터링 횟수에 따라 1회부터 7회까지 스퍼터링한 후 그 결과를 결정질 및 비정질 AIST에서 하늘색으로부터 파란색의 순서로 나타냈다.The dotted line in FIG. 6 is a comparative example in which oxidation was performed in-situ. In addition, the spectra of unoxidized AIST and oxidized AIST at room temperature for 20 days are indicated by black dotted lines and blue solid lines, respectively. After sputtering from 1 to 7 times according to the number of sputtering, the results were shown in the order from light blue to blue in crystalline and amorphous AIST.

특히, 도 6(b)에서 초록 점선, 보라 점선 및 빨강 점선 각각은 In2O3-like, AgInTe2-like 및 InSb-like 로컬 환경을 나타낸다. 여기서, 점선이 나타내고 있는 에너지는 해당 원소(여기서는 In)가 어떤 원소와 결합하고 있는지를 나타내는 지표이다. 어떤 원소와 결합하고 있는지를 통해 어떤 로컬 환경에 In이 존재하는지를 유추한다. 예를 들어, 초록 점선은 In-O 결합에 해당하는 에너지를 나타낸다. 이는 In2O3 compound에서 In이 갖는 binding energy이므로 In2O3-like 로컬 환경에 있다고 주장한다.In particular, in FIG. 6(b) , the green dotted line, the purple dotted line, and the red dotted line indicate In 2 O 3 -like, AgInTe 2 -like and InSb-like local environments, respectively. Here, the energy indicated by the dotted line is an index indicating which element the corresponding element (here, In) is bonded to. It is inferred that In exists in which local environment based on which element it is combined with. For example, the green dotted line represents the energy corresponding to an In-O bond. This is the binding energy of In in the In 2 O 3 compound, so it is claimed to be in the In 2 O 3 -like local environment.

결정질에서는 위로부터 상대적으로 깊은 두께에서까지 산화가 이루어진 반면, 비결정질에서는 상대적으로 얕은 두께에서 산화가 사라졌다.In the crystalline form, oxidation occurred from the top to a relatively deep thickness, whereas in the amorphous, oxidation disappeared at a relatively shallow thickness.

도 6(a), (d)에서는 Ag와 Te 원소 모두 산화에 따라서 binding energy가 달라지지 않음을 확인할 수 있고, 이는 Ag, Te 모두 산소와 직접 결합하지 않음을 나타낸다. 도 6(c)에서는 산소와 Sb 정보가 나오는데, 530.5eV 에 해당하는 픽이 Ne+ sputtering에 따라서 점점 약해지는 것으로 보아 산화가 표면에서부터 된 것을 확인할 수 있다. 528.3eV에 해당하는 Sb peak 도 변화가 적은 것으로 보아, 산소는 In과 주로 결합하는 경향성을 갖는다.6(a), (d), it can be seen that the binding energy of both Ag and Te elements does not change according to oxidation, which indicates that neither Ag nor Te is directly bound to oxygen. In FIG. 6( c ), oxygen and Sb information is displayed, and it can be seen that the pick corresponding to 530.5 eV is gradually weakened according to Ne+ sputtering, indicating that oxidation has occurred from the surface. Sb peak corresponding to 528.3 eV also showed little change, and oxygen has a tendency to bind mainly with In.

추가로, 산화가 일어날 때, Ag와 Te 원소 보다는 In과 Sb 원소가 산소와 반응하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 Ag-In-Sb-Te의 조성을 바꾸거나 차세대 상변화 물질을 개발하고 산화에 따른 영향을 검토할 때, 길잡이가 될 수 있다. 예를 들어서, Ag-In-Sb-Te에서 Ag, Te 비율을 높이면 산화되는 산화막의 두께가 얇아질 것이다.In addition, it was confirmed that, when oxidation occurs, elements In and Sb rather than Ag and Te elements react with oxygen. This can be a guide when changing the composition of Ag-In-Sb-Te, developing a next-generation phase change material, and examining the effects of oxidation. For example, if the Ag-Te ratio is increased in Ag-In-Sb-Te, the thickness of the oxidized oxide film will become thinner.

1: 메모리장치
10: 제 1 금속 전극
20: 셀렉터층
30: 제 2 금속 전극
40: 상변화 물질층
50: 제 3 전극층
100: 시스템
110: 메모리 장치
120: 산화층 측정 장치
130: 제어부
140: 후속 열처리 장치
150: 레이저 인가 장치1: memory device
10: first metal electrode
20: selector layer
30: second metal electrode
40: phase change material layer
50: third electrode layer
100: system
110: memory device
120: Oxide layer measuring device
130: control unit
140: subsequent heat treatment device
150: laser applying device

Claims (13)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 금속 전극; 상기 제 1 금속 전극 상에 형성된 셀렉터층; 상기 셀렉터층 상에 형성된 제 2 금속 전극; 상기 제 2 금속 전극 상에 형성된 상변화 물질층; 및 상기 상변화 물질층 상에 형성된 제 3 금속 전극을 포함하는 3D 크로스포인트 메모리 장치에서 산화층의 두께를 이용한 상변화 물질의 증착 방법으로서,
이온 빔 스퍼터링 방법을 이용하여 상기 제 3 금속 전극과 상기 상변화 물질층 사이에서부터 상기 상변화 물질층의 상층부에 형성되는 산화층의 두께를 측정하는 방법에 의하여 측정된 산화층의 두께를 기 설정된 소정의 산화층의 두께와 비교하는 단계; 및
측정된 산화층의 두께가 기 설정된 소정의 산화층의 두께보다 큰 경우, 후속 공정에서 상변화 물질에 대한 증착 온도를 기 실시된 증착 온도 보다 낮추고,
측정된 산화층의 두께가 기 설정된 소정의 산화층의 두께보다 작은 경우, 후속 공정에서 상변화 물질에 대한 증착 온도를 기 실시된 증착 온도 보다 높이는 단계를 포함하는 산화층의 두께를 이용한 상변화 물질의 증착 방법.a first metal electrode; a selector layer formed on the first metal electrode; a second metal electrode formed on the selector layer; a phase change material layer formed on the second metal electrode; And a method of depositing a phase change material using the thickness of the oxide layer in a 3D crosspoint memory device including a third metal electrode formed on the phase change material layer,
The thickness of the oxide layer measured by the method of measuring the thickness of the oxide layer formed on the upper portion of the phase change material layer from between the third metal electrode and the phase change material layer using the ion beam sputtering method is set to a predetermined oxide layer comparing with the thickness of and
When the measured thickness of the oxide layer is greater than the predetermined thickness of the oxide layer, lowering the deposition temperature for the phase change material in the subsequent process than the deposition temperature previously carried out,
When the measured thickness of the oxide layer is smaller than the predetermined thickness of the oxide layer, a method of depositing a phase change material using the thickness of the oxide layer, comprising raising the deposition temperature for the phase change material in a subsequent process higher than the previously carried out deposition temperature . 제 1 금속 전극; 상기 제 1 금속 전극 상에 형성된 셀렉터층; 상기 셀렉터층 상에 형성된 제 2 금속 전극; 상기 제 2 금속 전극 상에 형성된 Ag-In-Sb-Te계 상변화 물질층; 및 상기 상변화 물질층 상에 형성된 제 3 금속 전극을 포함하는 3D 크로스포인트 메모리 장치에서 산화층의 두께를 이용한 상변화 물질의 증착 방법으로서,
이온 빔 스퍼터링 방법을 이용하여 상기 제 3 금속 전극과 상기 상변화 물질층 사이에서부터 상기 상변화 물질층의 상층부에 형성되는 산화층의 두께를 측정하는 방법에 의하여 측정된 산화층의 두께를 기 설정된 소정의 산화층의 두께와 비교하는 단계; 및
측정된 산화층의 두께가 기 설정된 소정의 산화층의 두께보다 큰 경우, 기 설정된 Ag 및/또는 Te의 함량 비율 보다 후속 공정에서 Ag 및/또는 Te의 함량 비율을 높이고,
측정된 산화층의 두께가 기 설정된 소정의 산화층의 두께보다 작은 경우, 기 설정된 Ag 및/또는 Te의 함량 비율 보다 후속 공정에서 Ag 및/또는 Te의 함량 비율을 낮추는 방법.a first metal electrode; a selector layer formed on the first metal electrode; a second metal electrode formed on the selector layer; an Ag-In-Sb-Te-based phase change material layer formed on the second metal electrode; And a method of depositing a phase change material using the thickness of the oxide layer in a 3D crosspoint memory device including a third metal electrode formed on the phase change material layer,
The thickness of the oxide layer measured by the method of measuring the thickness of the oxide layer formed on the upper part of the phase change material layer from between the third metal electrode and the phase change material layer using the ion beam sputtering method is set to a predetermined oxide layer comparing with the thickness of and
When the measured thickness of the oxide layer is larger than the predetermined thickness of the oxide layer, increase the content ratio of Ag and/or Te in a subsequent process than the preset content ratio of Ag and/or Te;
A method of lowering the content ratio of Ag and/or Te in a subsequent process than the preset content ratio of Ag and/or Te when the measured thickness of the oxide layer is smaller than the predetermined thickness of the oxide layer. 3D 크로스포인트 메모리 장치에 형성되는 산화층의 제어 방법으로서,
상기 메모리 장치는:
제 1 금속 전극;
상기 제 1 금속 전극 상에 형성된 셀렉터층;
상기 셀렉터층 상에 형성된 제 2 금속 전극;
상기 제 2 금속 전극 상에 형성된 상변화 물질층; 및
상기 상변화 물질층 상에 형성된 제 3 금속 전극을 포함하며,
상기 제 3 금속 전극과 상기 상변화 물질층 사이에서부터 상기 상변화 물질층의 상층부에 형성되는 산화층의 두께를 이온 빔 스퍼터링 방법을 이용하여 측정하는 단계;
측정된 산화층의 두께에 대한 정보를 제어부에 전송하는 단계;
상기 제어부가 산화층의 두께를 기 설정된 소정의 산화층의 두께와 비교하는 단계; 및
상기 비교된 데이터를 기반으로 산화층의 두께를 제어하는 단계를 포함하는 방법. A method of controlling an oxide layer formed in a 3D crosspoint memory device, comprising:
The memory device comprises:
a first metal electrode;
a selector layer formed on the first metal electrode;
a second metal electrode formed on the selector layer;
a phase change material layer formed on the second metal electrode; and
a third metal electrode formed on the phase change material layer;
measuring a thickness of an oxide layer formed on an upper portion of the phase change material layer from between the third metal electrode and the phase change material layer using an ion beam sputtering method;
transmitting information on the measured thickness of the oxide layer to the control unit;
comparing, by the controller, the thickness of the oxide layer with a predetermined thickness of the oxide layer; and
and controlling the thickness of the oxide layer based on the compared data. 제 6 항에 있어서,
상기 산화층의 두께를 제어하는 단계는
상기 산화층의 두께가 기 설정된 소정의 산화층의 두께보다 작은 경우 상기 산화층을 후속 열처리하여 결정화도를 높이는 단계를 포함하는 방법.7. The method of claim 6,
The step of controlling the thickness of the oxide layer is
When the thickness of the oxide layer is smaller than a predetermined thickness of the oxide layer, subsequent heat treatment of the oxide layer to increase the degree of crystallinity. 제 6 항에 있어서,
상기 산화층의 두께를 제어하는 단계는
상기 산화층의 두께가 기 설정된 소정의 산화층의 두께보다 큰 경우 상기 산화층에 레이저를 인가하여 상기 산화층을 냉각시켜 비결정화도를 높이는 단계를 포함하는 방법.7. The method of claim 6,
The step of controlling the thickness of the oxide layer is
When the thickness of the oxide layer is greater than a predetermined thickness of the oxide layer, applying a laser to the oxide layer to cool the oxide layer to increase the degree of non-crystallization. 제 6 항에 있어서,
상변화 물질은 다원계 상변화 물질인 방법.7. The method of claim 6,
A method in which the phase change material is a multi-phase phase change material. 제 6 항에 있어서,
상변화 물질은 Ag-In-Sb-Te계 물질인 방법.7. The method of claim 6,
The phase change material is an Ag-In-Sb-Te-based material. 3D 크로스포인트 메모리 장치에 형성되는 산화층의 제어 시스템에 있어서,
제 1 금속 전극; 상기 제 1 금속 전극 상에 형성된 셀렉터층; 상기 셀렉터층 상에 형성된 제 2 금속 전극; 상기 제 2 금속 전극 상에 형성된 상변화 물질층; 및 상기 상변화 물질층 상에 형성된 제 3 금속 전극을 포함하는 메모리 장치;
상기 제 3 금속 전극과 상기 상변화 물질층 사이에서부터 상기 상변화 물질층의 상층부에 형성되는 산화층의 두께를 이온 빔 스퍼터링 방법을 이용하여 측정하는 산화층 측정 장치;
측정된 산화층의 두께를 기 설정된 소정의 산화층의 두께와 비교하고 산화층의 두께를 증가시키거나 감소시키도록 제어하는 제어부;
상기 산화층의 두께가 기 설정된 소정의 산화층의 두께보다 작은 경우 상기 산화층에 열을 인가하는 후속 열처리 장치; 및
상기 산화층의 두께가 기 설정된 소정의 산화층의 두께보다 큰 경우 상기 산화층에 레이저를 인가하는 레이저 인가 장치를 포함하는 제어 시스템.A control system for an oxide layer formed in a 3D crosspoint memory device, comprising:
a first metal electrode; a selector layer formed on the first metal electrode; a second metal electrode formed on the selector layer; a phase change material layer formed on the second metal electrode; and a third metal electrode formed on the phase change material layer;
an oxide layer measuring device for measuring a thickness of an oxide layer formed on an upper portion of the phase change material layer from between the third metal electrode and the phase change material layer using an ion beam sputtering method;
a control unit that compares the measured thickness of the oxide layer with a predetermined thickness of the oxide layer and controls to increase or decrease the thickness of the oxide layer;
a subsequent heat treatment apparatus for applying heat to the oxide layer when the thickness of the oxide layer is smaller than a predetermined thickness of the oxide layer; and
and a laser application device for applying a laser to the oxide layer when the thickness of the oxide layer is greater than a predetermined thickness of the oxide layer. 제 11 항에 있어서,
상변화 물질은 다원계 상변화 물질인 제어 시스템.12. The method of claim 11,
The phase change material is a control system that is a multi-phase phase change material. 제 11 항에 있어서,
상변화 물질은 Ag-In-Sb-Te계 물질인 제어 시스템.12. The method of claim 11,
The phase change material is an Ag-In-Sb-Te-based control system.
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